Höghastighetsdataomvandlare som accelererar bil- och 5G-produkter

Medan trenden mot System-on-Chip (SoC) har tagit fart under ganska lång tid, har den primära drivkraften varit integration av digitala komponenter, sporrat av Moores lag. Att integrera fler och fler digitala kretsar i ett enda chip har genomgående varit fördelaktigt av prestanda, effekt, formfaktor och ekonomiska skäl. Därför integrerades de digitala komponenterna i ett system i en SoC medan många av de analoga funktionerna fortfarande fanns kvar som separata chips och av goda skäl. För det första gynnades inte analoga kretsar av processskalning i samma utsträckning som digitala kretsar gjorde med varje framskridande processnod. För en annan följde den allmänna tillgängligheten av analoga funktioner som IP-block på avancerade processnoder eftersom portering analogt till FinFET-noder sågs som mer utmanande. Det är en anledning till den enorma tillväxten av halvledarföretag som levererar analoga IC.

Många av dagens applikationer kräver kantbearbetning och har mycket höga krav, oavsett om det är inom fordonsindustrin, AI eller 5G. Produkterna förväntas leverera högre prestanda vid lägre latens, förbruka lägre ström, ha mindre formfaktor och vara tillgängliga till attraktiva prisklasser. Detta driver många halvledarföretag att titta på innovativa sätt att integrera mer av den analoga funktionaliteten i en SoC.

Det är i detta sammanhang som en presentation vid TSMC OIP Forum nyligen skulle vara av intresse för både systemarkitekter och SoC-designers. Talet hölls av Manar El-Chammas, vice vd för ingenjörsvetenskap på Omni Design Technologies.

Omni Design Technologies

Omni Design förnyar sig över flera nivåer från design på transistornivå till algoritmer. Deras IP-erbjudanden riktar sig till flera marknader inklusive 5G, fordon, AI, bildsensorer, etc.

Omni Designs IP-portfölj består av analog-till-digital-omvandlare (ADC) och digital-till-analog-omvandlare (DAC) som sträcker sig från 6-bitars till 14-bitars upplösningar, och samplingshastigheter från några megasamplingar/sekund (Msps) till 20+ giga-sampler/sekund (Gsps). Omni Design erbjuder också kompletta analoga front-ends (AFE) som kan inkludera flera ADC:er och DAC:er, PLL:er, PVT-monitorer, PGA:er, LDO:er och bandgap-referenser. Det helt integrerade AFE-makrot möjliggör sömlös integrering av de analoga komponenterna i SoCs.

Övergång från styrelser till SoCs

Det finns en betydande förändring i branschen mot integration av analoga funktioner från PC-kort till SoCs i många av de applikationer som identifierats tidigare. Dessa applikationer kräver högre prestanda, lägre effekt och mindre formfaktorchips. Integreringen av fler komponenter i SoC hjälper till att minska systemkostnaden och styvstyckskomplexiteten. En integrerad lösning gör för enklare klocksynkronisering av ADC-matriser och utmärkt matchning mellan kanaler. En av de viktigaste sakerna som har gjort dessa integrerade SoC:er till verklighet är naturligtvis tillgången till högupplösta, hög samplingshastighet och ultralåg effekt dataomvandlare i avancerade FinFET-processnoder.

Möjligande teknik

Tillämpningar som 5G och LiDAR för bilar krävde höghastighetsdataomvandlare med hög upplösning som bibehåller hög linjäritet över 60dB SFDR och 60dB IMD3 och låg NSD. Genom att använda en mängd olika patenterade och patenterade lösningar kan Omni Design möta dessa stränga krav. Till exempel kan deras beprövade SWIFT™-teknik leverera både kraft- och hastighetseffektivitet jämfört med mer konventionella lösningar. Se bilden nedan. En jämförelse med en konventionell förstärkare visas i tabellen. SWIFT-tekniken gör att referenskondensatorerna kan bootstrappas på ett sådant sätt att förstärkarens totala prestanda optimeras. Som ett resultat kan Omni Design utveckla dataomvandlare med ultralåg effekt och hög prestanda.

Analog Front End (AFE) Integration i Advanced Node SoC

5G och Automotive är två av de många olika växande marknaderna som Omni Designs IP-portfölj adresserar. Som nämnts tidigare levererar Omni Design individuella block av IP och hela AFE-delsystem.

Ett komplett AFE-undersystem som Omni Design erbjuder är för användning i 5G SoCs. Delsystemet inkluderar allt som behövs i signalbehandlingsvägen mellan antennen och det digitala signalbehandlingsblocket (DSP). För ett blockschema på hög nivå över ett 5G-delsystem, se figuren nedan.

Ett annat komplett AFE-undersystem som Omni Design erbjuder är för användning i LiDAR SoCs för fordon. Delsystemet inkluderar allt som behövs i signalbehandlingsvägen mellan fotodioden och DSP:n. För ett blockschema på hög nivå över ett LiDAR-delsystem, se figuren nedan.

LeddarTech®, en global ledare inom nivå 1-5 ADAS och AD-avkänningsteknik, integrerar Omni Designs AFE-delsystem i deras LiDAR SoC för fordon. Omni Design nyligen tillkännagav allmän tillgänglighet av en komplett mottagare för en LiDAR SoC.

Sammanfattning

Fordon och 5G kräver högpresterande ADC:er och DAC:er i FinFET-processnoder för integration i SoC:er. Omni Designs modulära arkitektur och egenutvecklade teknologier hjälper till att leverera dessa som IP-kärnor och kompletta delsystem för enkel SoC-integration. Dessa IP-kärnor är optimerade för kraft, prestanda och area/formfaktor och uppvisar låg NSD och hög SFDR som visas i kisel. Kunder har integrerat Omni Designs IP-block och/eller kompletta delsystem i sina SoC:er.

Du kanske är intresserad av några av Omni Designs senaste tillkännagivanden. Ett pressmeddelande om deras kund MegaChips, tillkännager integrationen av ultralåg effekt, högpresterande dataomvandlare i deras Ethernet SoC för fordon för kommunikationsmarknaden Vehicle-to-Everything (V2X). Ytterligare ett pressmeddelande om tillgänglighet av deras Lepton-familj av högpresterande ADC:er och DAC:er på TSMC 16nm-teknik.

Du kanske också är intresserad av att läsa deras nyligen publicerade vitbok om "LiDAR-implementationer för autonoma fordonstillämpningar."